Saudara Kembar Bumi Bisa Sangat Berbeda!

Bagaimana mengetahui komposisi exoplanet? Planet yang bahkan tidak tampak dengan mata telanjang dari Bumi ini tentu menyimpan banyak cerita. Sama seperti penemuannya yang menggunakan berbagai teknik tidak langsung, tentunya kita tidak bisa melihat sendiri dan menentukan apa yang ada di exoplanet.
Salah satu cara untuk mengetahui komposisi exoplanet adalah dengan mempelajari kelimpahan elemen di bintang sehingga para peneliti bisa mengetahui kalau sistem keplanetan juga memiliki komposisi yang beragam yang berbeda dengan Tata Surya. Yang pada akhirnya akan mempengaruhi proses plat tektonik di planet yang mengitari bintang-bintang tersebut.
Menelesuri Komposisi Planet

Perbandingan Bumi dan 55 Cancri. Keduanya dperkirakan memiliki komposisi yang sangat berbeda. Kredit : NASA

Studi kelimpahan fotosferik bintang yang menjadi induk bagi planet merupakan kunci penting untuk memahami bagaimana protoplanet terbentuk dan awan protoplanet mana yang berevolusi menjadi planet dan mana yang tidak. Studi ini jelas memberi implikasi penting untuk model pembentukan planet raksasa dan evolusinya serta menjadi petunjuk untuk mengetahui struktur atmosfer dan internal planet dan komposisi planet ekstrasolar.
Studi teoretis menunjukkan kalau fraksi C/O dan Mg/Si merupakan elemen perbandingan penting untuk menentukan mineralogi planet kebumian karena dapat memeberikan informasi terkait komposisi planet tersebut. Perbandingan C/O mengontrol distribusi Si di antara karbit dan oksida, sementara Mg/Si menjadi sumber informasi bagi keberadaan mineral silikat.
Tahun 2010, J. Carter-Bond melakukan simulasi pembentukan planet dengan memasukkan  komposisi kimia awan protoplanet sebagai salah satu parameter. Hasilnya, planet kebumian ditemukan bisa terbentuk dalam semua simulasi yang dilakukan dengan komposisi kimia yang sangat bervariasi. Karena itu kemungkinan bahwa sbeuah planet kebumian terbentuk dengan komposisi yang sangat berbeda dengan Bumi sangat besar.
Di tahun yang sama, Elisa Delgado Mena juga melakukan studi kelimpahan C, O, Mg dan Si di 61 bintang yang memiliki planet dan 270 bintang yang tidak memiliki planet dari sampel HARPS GTO. Dalam penelitian tersebut ia dan timnya menemukan rasio mineralogi yang berbeda dari Matahari yang sekaligus menindikasikan variasi sistem keplanetan yang berbeda dari Tata Surya. Kebanyakan bintang induk bagi exoplanet memiliki Mg/Si kurang dari 1, sehingga planetnya akan memiliki Si yang tinggi untuk membentuk senyawa MgSiO3. Keberadaan komposisi MgSiO3 tersebut memiliki implikasi yang penting untuk proses internal planet seperti plat tektonik, komposisi atmosfer dan aktivitas vulkanik.
Planet serupa Bumi yang terbentuk di alam semesta diperkirakan bisa mencapai milyaran di alam semesta tapi sebagian besar planet-planet tersebut akan memiliki struktur atmosfer dan struktur internal yang berbeda satu sama lainnya. Pembentukan planet pada lingkungan kimiawi non-Matahari ( yang umum ada di alam semesta) akan mengarah pada terbentuknya planet yang “aneh”, yang sangat berbeda dari Bumi!.
Simulasi terbaru yang dilakukan memperlihatkan kemungkinan komposisi yang sangat bervariasi dari planet-planet kebumian yang terbentuk. Planet yang terbentuk pada bintang yang memiliki rasio Mg/Si kurang dari 1 akan mengalami ketiadaan Mg (dibanding Bumi), dan akan terdiri dari spesies silikat seperti pyroxene dan berbagai tipe feldspars ( KAlSi3O8 – NaAlSi3O8 – CaAl2Si2O8 ). Feldspars merupakan kumpulan batuan yang terbentuk dari mineral tektosilikat yang membentuk sekitar 60% kerak Bumi. Sementara untuk keplanetan dengan karbon yang melimpah juga menghasilkan planet yang memiliki tipe berbeda-beda berdasar rasio C/O bintang induknya. Kelimpahan yang diprediksi ini sesuai dengan hasil pengamatan katai putih yang mengalami polusi aka tercemar dimana seharusnya bintang katai putih tersebut sudah mengakresi planet bagian dalamnya saat berada di tahap raksasa merah.
Pengamatan pada vvariasi rasio C/O dan Mg/Si pada bintang induk yang diketahui memiliki sistem planet menunjukkan kalau komposisi yang beragam pada planet ekstrasolar kebumian memang ada. Rentang variasi itu dimulai dari planet yang relatif serupa dengan Bumi, planet yang didominasi oleh C seperti batuan grafit dan karbit (SiC, TiC).

Perbedaan rasio C/O dan Mg/Si pada bintang induk dapat memicu terbentuknya planet dengan komposisi yang sangat berbeda di sistem keplanetan. Kredit : NASA/ JPL-Caltech/ T. Pyle (SSC)

Hasil penelitian Elisa Delgado Mina di tahun 2010 digunakan dalam studi lanjut ini karena ia-lah yang pertama kali menentukan kelimpahan dari seluruh elemen yang dibutuhkan dari bintang yang memiliki sistem planet dan bintang yang tidak memiliki planet.
Senyawa kimia dan simulasi dinamik ini kemudian digabungkan dengan mengasumsikan kalau setiap emrio akan memiliki komposisi sesuai dengan lokasi pembentukannya dan kemudian mengkontribusi komposisi yang sama pada planet kebumian yang disimulasikan. Hasil yang didapat dari simulasi, planet kebumian paling dekat dengan bintang pada jarak ~0,5 SA akan memiliki jumlah yang signifikan dari elemen Al dan Ca (~47% dari massa sistem planet). Sementara planet yang terbentuk di luar 0,5 SA dari bintang induk akan memiliki komponen Al dan Ca yang semakin berkurang seiring bertambahnya jarak dari bintang induk.
Pada sistem keplanetan 55 Cnc, rasio C/O lebih dari 1 (C/O = 1,12). Sistem ini menghasilkan planet “serupa Bumi” yang kaya karbon.  Dan seluruh planet kebumian yang dihasilkan dalam simulasi ini didominasi oleh O, Fe, Mg dan Si dengan sebagian besar elemen tersebut berada dalam bentuk silikat atau logam ( dalam hal ini besi). Namun perbedaan penting dari planet-planet yang terbentuk pada sistem dengan C/O < 0,8 (HD17051, HD19994) dan sistem dengan C/O > 0.8 (55Cnc) telah ditemukan.
Para peneliti masih terus melakukan kalkulasi ulang agar kesalahan pengukuran dalam kelimpahan elemen bisa semakin kecil sehingga dapat menghasilkan pemodelan dan simulasi numerik yang dapat digunakan sebagai acuan. Dan untuk sampai pada titik akhir kesimpulan tentu masih sangat jauh.